MTPS Hydrodynamics 관점에서 보는 High-Throughput Screening 설계 전략
Upstream Process Development(USP) 및 CHO media optimization 단계에서 high-throughput deepwell screening을 도입하는 조직이 늘고 있습니다. 하지만 단순히 24-well 또는 96-well plate를 사용하는 것만으로는 mini bioreactor와 유사한 배양 성능을 얻기 어렵습니다.
핵심은 Hydrodynamics(유체역학적 거동)과 OTR (Oxygen Transfer Rate, 산소전달율)입니다.
왜 OTR가 중요한가?
세포 또는 미생물 배양에서 산소 공급은 생산성과 직결됩니다. 산소가 충분히 전달되지 않으면:
- 세포 성장 속도 저하
- 대사 경로 변화
- 생산성 감소
- 데이터 재현성 저하
Deepwell screening 환경에서도 OTR 30–40 mmol O2·L-1·h-1 범위를 달성하는 것이 의미 있는 비교 실험을 위해 중요합니다.
Hydrodynamics: 단순 RPM이 전부가 아니다
Deepwell plate에서 mixing과 OTR는 다음 변수의 영향을 받습니다:
- Shaking frequency (rpm)
- Shaking amplitude (mm)
- Culture volume
- Well geometry (square vs round)
일반적으로 square well은 round well 대비 turbulence 형성이 유리할 수 있습니다.
Mixing 깊이와 OTR의 관계
실험 및 영상 관찰 기반 가이드에 따르면:
- 배양액이 well bottom까지 충분히 mixing되지 않으면 OTR < 30
- just down-to-the-bottom mixing 시 OTR 약 30–40
- center까지 mixing되면 OTR ≥ 50 가능
즉, 단순히 “rpm을 높인다”가 아니라 fluid mixing angle과 유효 mixing depth가 중요합니다.
24-well vs 96-well 추천 시작 조건
Deepwell screening에서 흔히 사용하는 시작점 예시는 다음과 같습니다:
- 24-well: 50 mm / 225 rpm 또는 25 mm / 300 rpm
- 96 deepwell: 50 mm / 300 rpm
단, 최적 rpm은 culture volume에 따라 달라질 수 있습니다.
Shake Flask 대비 Deepwell MTPS의 장점
| Shake Flask | Deepwell MTPS |
|---|---|
| 1–4 조건 비교 | 24–96 조건 병렬 비교 |
| 공간 차지 큼 | Compact format |
| 의사결정 느림 | Decision cycle 단축 |
공정개발에서의 실제 의미
Hydrodynamics를 이해하고 적절한 shaking 조건을 적용하면:
- CHO media screening 속도 향상
- Fed-batch 전략 비교 효율 증가
- Scale-up 실패 리스크 감소
- PD timeline 단축
즉, MTPS는 단순한 deepwell plate가 아니라 의사결정 가속 도구입니다.
관련 자료
보다 자세한 기술 배경은 Enzyscreen의 Hydrodynamics 가이드를 참고할 수 있습니다:
Hydrodynamics & OTR Background
MTPS 도입 상담
현재 사용 중인 shaker 모델, 배양 volume, target cell type을 알려주시면 적절한 starting condition과 구성 조합을 제안드립니다.